Chromosomenreplikation

Während der S-Phase des Zellzyklus beginnt der Prozess der Chromosomenreplikation gleichzeitig in jedem Chromosom einer Zelle an zahlreichen Replikatursprüngen.

Ein Ursprung der Replikation ist eine Nukleotidsequenz, die mit spezialisierten Initiatorproteinen interagiert, die als Ursprungserkennungskomplex bezeichnet wird, und zwar an den Stellen, an denen die DNA-Replikation beginnt.

Es ist schwierig, diese Ursprünge der Replikation zu definieren. Angesichts der Größe des menschlichen Genoms wären beispielsweise schätzungsweise Zehntausende von Ursprüngen notwendig, um das gesamte Genom rechtzeitig zu replizieren.

Beim Menschen wurde kein eindeutiger Konsens über bestimmte Herkunftssequenzen erzielt. Stattdessen ist es wahrscheinlich, dass die Ursprünge durch eine Kombination von Nukleotidsequenzen und Chromatinstruktur definiert werden.

Die Länge der DNA, die sich über einen Replikationsursprung und seine beiden jeweiligen Replikationstermini erstreckt, an denen benachbarte Replikationsgabeln schließlich verschmelzen, wird als Replikon bezeichnet.

Die Replikation erfolgt jedoch nicht in allen Antworten gleichzeitig. Verschiedene Zelltypen haben ihren eigenen spezifischen Zeitpunkt für die Initiierung der Replikation, typischerweise in Ursprungsclustern.

Die DNA-Replikation schreitet auf diese Weise durch das gesamte Chromosom fort, bis sie die Telomere erreicht, an denen ein einzigartiger Replikationsprozess beteiligt ist, an dem das Enzym Telomerase, eine reverse Transkriptase, beteiligt ist.

An diesem Punkt des Zellzyklus, kurz vor der Zellteilung - oder M-Phase - hat eine Zelle ihre Chromosomenmasse effektiv verdoppelt.

Neben der DNA sind Histonproteine entscheidend für die physikalische Struktur und Funktion des eukaryotischen Chromosoms. Während der Chromosomenreplikation muss also die Histonsynthese gleichzeitig mit der DNA-Replikation erfolgen.

Die Replikationsgabeln, die von den Ursprüngen der Replikation nach außen strahlen, zerlegen die Histon-Oktamere in ihre Untereinheiten.

Die neu synthetisierten Histon-Untereinheiten und alten Histon-Untereinheiten werden wieder zu Oktameren zusammengesetzt und auf Tochter-DNA-Stränge verteilt. Somit repliziert sich das Histon auf eine semi-konservative Weise, bei der sowohl alte als auch neue Histone zufällig zu den neu synthetisierten Tochtersträngen getrennt werden.